Erzbischof Nathanael, mit bürgerlichem Namen Wassili Wladimirowitsch Lwow, wurde am 17. August 1906 in Moskau in einer adligen Familie geboren. Sein Vater, Wladimir Nikolajewitsch Lwow, bekleidete 1917 das Amt des Oberprokurators des Heiligsten Synods. Nach dem Bürgerkrieg gelangte die Familie ins Exil nach China. In Harbin besuchte Wassili eine Realschule, arbeitete bei der Chinesischen Osteisenbahn und engagierte sich aktiv in der Pfadfinderbewegung.

1924 setzte ihn Bischof Nestor (Anissimow) als Leser ein. 1929 trat Wassili Lwow in den Mönchsstand ein und erhielt den Namen Nathanael. Anschließend wurde er zum Mönchsdiakon und Mönchspriester geweiht. Er wirkte in Harbin, besuchte pastoraltheologische Kurse und widmete sich der missionarischen und bildungsbezogenen Arbeit. Von 1928 bis 1938 war er persönlicher Sekretär von Bischof Nestor. 1936 wurde er in den Rang eines Archimandriten erhoben.

1939 kam Archimandrit Nathanael nach Europa und trat in das Kloster des heiligen Hiob von Počajew in Ladomirová ein, wo er seine kirchliche Tätigkeit fortsetzte. Während des Zweiten Weltkriegs wirkte er an der Verbreitung orthodoxer Literatur in den besetzten Gebieten der Sowjetunion mit und betreute ein von den slowakischen Behörden eingerichtetes Lager für sowjetische Staatsangehörige, die aus den besetzten Gebieten geflohen waren.

Von besonderer Bedeutung war das Wirken Archimandrit Nathanaels in Deutschland während der letzten Kriegsmonate und in den ersten Nachkriegsjahren. Von Januar bis April 1945 hielt er sich in Berlin auf, wo er das Amt des Vorstehers der Auferstehungskathedrale versah. Zugleich wurde er durch Beschluss des Bischofssynods der ROKA zum Vertreter der Kirche beim Komitee zur Befreiung der Völker Russlands ernannt.

Ende April 1945 verließ Archimandrit Nathanael angesichts des Herannahens der sowjetischen Truppen gemeinsam mit Mönchspriester Vitali (Ustinow) Berlin und begab sich in den Nordwesten Deutschlands. Wenige Tage später trafen sie in Hamburg ein, wo sie eine Niederlassung der Bruderschaft des heiligen Hiob von Počajew gründeten.

Im September 1945 wurde auf Initiative Archimandrit Nathanaels und mit Unterstützung von Metropolit Seraphim (Lade) die Norddeutsche Bischöfliche Verwaltung mit Sitz in Hamburg eingerichtet. Sie umfasste ein riesiges Gebiet, das sich von Schleswig-Holstein und Hannover bis zum Ruhrgebiet und zur Rheinprovinz erstreckte. Archimandrit Nathanael erhielt weitreichende administrative Vollmachten und wurde faktisch zum Organisator des kirchlichen Lebens der ROKA in Norddeutschland. Vor ihm stand eine außerordentlich schwierige Aufgabe: In der britischen Besatzungszone lebten Tausende orthodoxe Flüchtlinge und Displaced Persons, während es an Geistlichen, liturgischen Büchern und anderen notwendigen kirchlichen Materialien akut mangelte. Unter seiner Leitung wurden neue Gemeinden gegründet und bei ihnen Bruderschaften des heiligen Hiob eingerichtet; zugleich entwickelte sich die kirchliche Bildungs- und Aufklärungsarbeit. Im Lager Fischbek bei Hamburg wurden pastoraltheologische Kurse eingerichtet, die der Ausbildung neuer kirchlicher Mitarbeiter dienen sollten.

Archimandrit Nathanael arbeitete eng mit den britischen Militärbehörden zusammen und setzte sich für die Anerkennung kirchlicher Einrichtungen und die Erteilung der erforderlichen Genehmigungen für deren Tätigkeit ein. Dadurch konnten neue Gemeinden und Schulen eröffnet, Gottesdienste organisiert und orthodoxe Literatur unter den Flüchtlingen und Displaced Persons verbreitet werden.

Gleichzeitig setzte er sich für diejenigen ein, denen die Zwangsrepatriierung in die Sowjetunion drohte. Durch sein Wirken und unter seiner unmittelbaren Beteiligung konnten mehrere Tausend Menschen der zwangsweisen Auslieferung entgehen.

Im März 1946 wurde Archimandrit Nathanael zum Bischof von Brüssel und Westeuropa geweiht. Nach der Teilung der Westeuropäischen Diözese Ende 1950 wurde er auf den Bischofsstuhl von Den Haag und Preston berufen.

Im Januar 1953 wurde Bischof Nathanael nach Tunesien entsandt, wo er zum Verwalter der russischen Gemeinden in Nordafrika ernannt wurde. Unter seiner Mitwirkung wurde in der tunesischen Hauptstadt der Bau einer Auferstehungskirche begonnen. Im September desselben Jahres entband ihn der Bischofssynod von seinem Dienst in Tunesien und bestimmte das Kloster des heiligen Hiob von Počajew in München zu seinem weiteren Aufenthaltsort. Im November 1954 wurde Bischof Nathanael offiziell in den Ruhestand versetzt und erhielt das Kloster als Aufenthaltsort.

Hier widmete sich Bischof Nathanael kirchengeschichtlicher Forschung und der Bildungsarbeit. Er erforschte die Geschichte des Christentums in Nordafrika und verfasste die Schrift „Das geistliche Erbe Nordafrikas“. Gemeinsam mit Erzbischof Johannes (Maximowitsch) wirkte er an der Erstellung eines Heiligenkalenders mit und ergänzte ihn um die Namen von Heiligen Nordafrikas und Westeuropas, die vor der Trennung der Kirchen verehrt worden waren.

Nach dem Tod des Klostervorstehers Archimandrit Kornelio (Maljuschizki) im Jahr 1966 wurde er dessen Nachfolger. Auch hier setzte er seine kirchliche Verlags- und Bildungsarbeit fort. Er wirkte in der Redaktion der Diözesanzeitschrift und widmete sich der Zusammenstellung und Bearbeitung von Heiligenviten. 1974 wurde Nathanael zum Bischof von Wien und Vikarbischof der Westeuropäischen Diözese ernannt; 1981 wurde er in den Rang eines Erzbischofs erhoben.

Erzbischof Nathanael verstarb am 8. November 1986 in München. Nach der Aussegnung im Kloster des heiligen Hiob von Počajew wurde er auf dem Russisch-Orthodoxen Friedhof in Wiesbaden beigesetzt.